Com puc millorar la precisió de l'altitud a TwoNav GPS?

Preàmbul

Des de principis de 2021, IGN ofereix accés gratuït a algunes de les seves dades:

• Els 25 millors mapes d'IGN encara no són gratuïts, però la versió de mapes disponible a Géoportail és gratuïta.
• Les bases de dades de l'altímetre IGN 5 x 5 m estan disponibles gratuïtament. Aquestes bases de dades permeten la creació d'un model digital del terreny, és a dir. un mapa d'alçada amb una resolució horitzontal de 5 mx 5 m o 1 mx 1 m amb una resolució vertical d'1 m. O una gran definició per als usuaris que som.

Aquest article en forma de tutorial està destinat més específicament als usuaris del programari GPS TwoNav i Land.

No és possible influir en les dades d'altitud del GPS de Garmin en aquest moment.

Què és un model d'elevació digital (DTM)

Un model d'elevació digital (DEM) és una representació tridimensional de la superfície terrestre creada a partir de dades d'elevació. La precisió del fitxer d'elevació (DEM) depèn de:

• La qualitat de les dades d'altitud (precisió i mitjans utilitzats per a la topografia),
• Mida de la cel·la unitat (píxels),
• Sobre la precisió horitzontal de la localització d'aquestes quadrícules,
• La precisió de la teva geolocalització i, per tant, la qualitat del teu GPS, rellotge connectat o telèfon intel·ligent.

Una llosa o rajola de la base de dades altimètrica de l'IGN. Rajola de 5 km x 5 km, formada per 1000 × 1000 cel·les o 5 mx 5 m cel·les (Bosc de Saint Gobain Aisne). Aquesta pantalla es projecta al mapa base de l'OSM.

DEM és un fitxer que defineix el valor d'alçada d'un punt situat al centre de la quadrícula, amb tota la superfície de la quadrícula a la mateixa alçada.

Per exemple, un fitxer de departament Aisne BD Alti IGN de ​​5 x 5 m (departament escollit per la seva gran mida) té una mica menys de 400 fitxes.

Cada graella s'identifica mitjançant un conjunt de coordenades de latitud i longitud.

Com més petita sigui la mida de la quadrícula, més precises seran les dades d'elevació. Els detalls d'elevació més petits que la mida de la malla (resolució) s'ignoren.

Com més petita sigui la mida de la malla, més precisió serà, però més gran serà el fitxer, de manera que ocuparà més espai de memòria i més difícil de processar, la qual cosa podria alentir altres operacions de processament.

La mida del fitxer DEM per a un departament és d'aproximadament 1 Mo per a 25 m x 25 m, 120 Mo per a 5 m x 5 m.

Els DEM utilitzats per la majoria d'aplicacions, llocs web, GPS i telèfons intel·ligents de consum provenen de dades globals gratuïtes proporcionades per la NASA.

L'ordre de precisió d'un DEM de la NASA és una mida de cel·la de 60 m x 90 m i una alçada de pas de 30 m. Són fitxers en brut, no s'han corregit i sovint les dades s'interpolen, la precisió és mitjana, pot haver-hi grans errors.

Aquest és un dels motius de la imprecisió vertical del GPS, que explica la diferència d'altitud observada per a la ruta, en funció del lloc web on s'allotja, del GPS o del telèfon intel·ligent que va registrar la diferència d'altitud.

• El Sonny MNT (vegeu més endavant en aquesta guia) està disponible de manera gratuïta per a Europa amb una mida de cel·la d'aproximadament 25 m x 30 m. Utilitza fonts de dades més precises que la NASA MNT i ha treballat per solucionar errors importants. És un DEM relativament precís adequat per a la bicicleta de muntanya, amb un bon rendiment a tot un país europeu.

A la imatge de dalt, la rajola altimètrica (MNT BD Alti IGN 5 x 5) que cobreix els munts d'escòries (a prop de Valenciennes) s'ha convertit en corbes de nivell separades 2,5 m entre elles i superposades al mapa IGN. La imatge permet "convèncer" de la qualitat d'aquest DEM.

• El DEM IGN de ​​5 x 5 m té una resolució horitzontal (mida de cel·la) de 5 x 5 m i una resolució vertical d'1 m. Aquest DEM proporciona l'elevació del terreny; no es té en compte l'alçada dels objectes d'infraestructura (edificis, ponts, bardisses, etc.). Al bosc, aquesta és l'alçada de la terra al peu dels arbres, la superfície de l'aigua és la superfície de la costa per a tots els embassaments de més d'una hectàrea.

Muntatge i instal·lació de DEM

Per moure's més ràpid: un usuari de TwoNav GPS ha compilat un model digital del terreny que cobreix França amb dades IGN de ​​5 x 5 m, que es poden descarregar per regió des del lloc gratuït: CDEM 5 m (RGEALTI).

Per a l'usuari, la prova correcta per avaluar la fiabilitat del “DEM” és la visualització de la superfície del llac en 3D.

Sota el llac de les antigues fargues (Ardenes), mostrat en 3D per BD Alti IGN a dalt i BD Alti Sonny a continuació. Veiem que hi ha qualitat.

Els mapes altímetres CDEM subministrats per TwoNav com a estàndard per al seu programari GPS o LAND no són gaire fiables.

Per tant, aquest "tutorial" proporciona una guia d'usuari per descarregar "rajoles" de dades d'altimetria fiables per al programari TwoNav GPS i LAND.

Les dades estan disponibles de manera gratuïta per a:

• Tota Europa: base de dades d'altimetria de Sonny,
• França: base de dades d'altimetria IGN.

Podeu crear un fitxer que cobreixi només un país, un departament o una àrea geogràfica (llosa/rajola/pellet) per estalviar memòria utilitzable o utilitzar fitxers més petits.

Base de dades d'altímetres de Sonny

Els models d'1 '' es divideixen en fragments de fitxers d'1 ° x1 ° i estan disponibles en format SRTM (.hgt) amb una mida de cel·la de 22 × 31 m en funció de la latitud, un format utilitzat arreu del món i utilitzat en molts programes. Estan designats per les seves coordenades, per exemple N43E004 (43 ° de latitud nord, 4 ° de longitud est).

procediment

1. Connecteu-vos al lloc https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Descarrega les fitxes corresponents al país o sector geogràfic seleccionat.

3. Extraieu els fitxers .HGT dels fitxers .ZIP descarregats.

4. A LAND, carregueu cada fitxer .HGT

5. A LAND, tots els .hgts desitjats estan oberts, tanqueu la resta.

6. Si us plau, feu "Combina aquests DEMS", el temps de compilació pot ser llarg depenent del nombre de fitxes a recollir (trieu l'extensió cdem) per al fitxer .CDEM que es pot utilitzar al GPS Twonav.

Cartografia OSM "rajola" i MNT "rajola" a LAND, tot és portàtil a GPS i 100% gratuït!

Base de dades d'altimetria IGN

Aquesta base de dades consta d'un directori per departament.

procediment

1. Connecteu-vos al lloc de Geoserveis. Si aquest enllaç no funciona: el vostre navegador "no té accés FTP": no us espanteu! Guia de l'usuari:
   • Al vostre gestor de fitxers:
   • feu clic dret a "aquest ordinador"
   • Feu clic amb el botó dret a "afegir una ubicació de xarxa"
   • Introduïu l'adreça "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "sense" ";
   • Anomena aquest accés per identificar-lo ex geoservei IGN
   • Finalitzar el procés
   • Espereu uns minuts perquè la llista de fitxers s'actualitzi (trigarà uns quants minuts)
2. Ara teniu accés a les dades d'IGN:
   • Feu clic amb el botó dret al fitxer de dades que voleu copiar.
   • A continuació, INSERT al directori de destinació
   • Els temps de càrrega poden ser llargs!

Aquesta imatge il·lustra la importació de la base de dades d'altímetres de Vaucluse 5m x 5m. Feu clic amb el botó dret sobre el fitxer, després copieu-lo a la carpeta i espereu la descàrrega.

Després de desempaquetar el fitxer "zipped", s'obté una estructura d'arbre. Les dades corresponen a uns 400 fitxers de dades (rajoles) 5 km x 5 km o 1000 × 1000 cel·les 5 m x 5 m en format .asc (format text) per al departament.

El disc de múltiples fitxes cobreix principalment la pista de BTT.

Cada cel·la de 5x5 km s'identifica mitjançant un conjunt de coordenades de Lambert 93.

Les coordenades UTM de la cantonada superior esquerra d'aquesta o rajoles són x = 52 6940 i y = 5494 775:

• 775: rang de columna (770, 775, 780, ...) al mapa
• 6940: Classifica la línia al mapa

3. Dansa TERRA

4. En el següent pas, cerqueu les dades al directori "dades", seleccioneu només el primer fitxer:

5. Obriu i confirmeu, s'obrirà la finestra següent, compte, aquest és el pas més delicat :

Seleccioneu la projecció Lambert-93 i Datum RGF 93 i marqueu la casella de la cantonada inferior esquerra.

Land extreu i forma dades de les fitxes * .asc, cosa que pot trigar una estona.

Després de crear lloses a partir de DEM en format SRTM (HGT / DEM), n'hi ha tants com fitxers en format * .asc.

6. Land us permet "combinar-los" en un sol fitxer DEM o per rajola o grànul segons les vostres necessitats (tingueu en compte que la mida del fitxer pot alentir el processament del GPS)

Per facilitar-ne l'ús, és preferible (opcional) cobrir primer totes les targetes obertes.

Al menú del mapa (vegeu més avall) obriu tots els fitxers en format * .hdr (el menys voluminós) del directori de dades de la base de dades importada (com per a les operacions anteriors)

Land obre fitxers HDR, el departament DEM es carrega i es pot utilitzar

7. Aquí podeu utilitzar el DEM de les Ardenes (bump map), per facilitar-ne l'ús, els combinarem en un sol fitxer.

Menú llista:

Combina aquests DEM

Seleccioneu el format * .cdem i anomeneu el fitxer DEM.

La fusió trigarà una mica de temps, cal combinar més de 21 fitxers. D'aquí la recomanació de treballar sobre la base de grànuls de MNT que cobreixen els vostres parcs infantils.

El model digital del terreny de les Ardenes que hem creat, només cal que obriu aquest fitxer de mapa IGN Geoportal tal com es mostra a continuació, per exemple.

La prova es realitza obrint directament la pista UtagawaVTT “Château de Linchamp” mostrada a la sortida a un desnivell de 997m, 981m amb Sonny DTM (procés anterior) i 1034m quan Land substitueix l'alçada en cada punt per una altura DTM de 5mx5m. .

El càlcul de la diferència de nivell sumant les corbes de nivell del mapa IGN mostra una diferència de nivell de 1070 m, és a dir, una diferència del 3%, que és força correcta.

El valor de 1070 continua sent aproximat perquè no és trivial calcular corbes en un mapa en relleu.

Utilitzant un fitxer d'altimetria

Els fitxers MNT.cdem els pot utilitzar LAND per extreure l'elevació, calcular l'elevació, el pendent, les rutes de waypoints i molt més; i per a tots els dispositius GPS TwoNav n'hi ha prou amb posar el fitxer al directori / map i seleccionar-lo com a map.cdem.

Un article del bloc sobre altitud imprecisa revela el problema de l'altimetria i les diferències d'altitud mitjançant el GPS, el principi es pot traslladar als rellotges GPS, així com a les aplicacions per a telèfons intel·ligents.

Els fabricants utilitzen diversos mètodes per "esborrar" les imprecisions presentades en aquest article, filtrant dades d'altitud (mitjana mòbil), utilitzant un sensor baromètric o un model de terreny digital.

L'altitud del GPS és "sorollosa", és a dir, fluctua al voltant d'un valor mitjà, l'altitud baromètrica depèn dels capricis de la pressió baromètrica i la temperatura, de manera que els fitxers meteorològics i DEM poden ser inexactes.

La hibridació d'un baròmetre amb GPS o DEM es basa en el principi següent:

• Durant un llarg període de temps, el canvi d'altitud baromètrica depèn de les condicions meteorològiques (pressió i temperatura),
• Durant un llarg període de temps, els errors d'altitud del GPS es filtren,
• Durant molt de temps, els errors DEM són similars al soroll, de manera que es filtren.

La hibridació consisteix a calcular l'altitud mitjana del GPS o DEM i extreure'n el canvi d'altitud.

Per exemple, durant els darrers 30 minuts, l'alçada del soroll filtrat (GPS o MNT) ha augmentat en 100 m; tanmateix, durant el mateix període, l'altitud indicada pel baròmetre va augmentar en 150 metres.

Lògicament, el canvi d'alçada hauria de ser el mateix. El coneixement de les propietats d'aquests sensors permet "reajustar" el baròmetre de -50 m.

Normalment en mode Baro + GPS o 3D, l'altitud del baròmetre es corregeix, com ho faria un excursionista o escalador manualment, fent referència al mapa IGN.

Concretament, un GPS recent o un smartphone recent (bona qualitat) et detecta (FIX) amb una precisió de 3,5 m en el pla horitzontal 90 vegades de cada 100 quan les condicions de recepció són ideals.

Aquest “performance” horitzontal correspon a una mida de malla de 5 mx 5 m o 25 mx 25 m i l'ús d'aquests DTM permet una bona precisió vertical.

El DEM indica l'alçada del terreny, per exemple, si travessem la vall del Tarn pel viaducte de Millau, el track registrat al DEM t'ha de portar fins al fons de la vall, encara que el camí es mantingui a la plataforma del viaducte. ...

Un altre exemple, quan vas en bicicleta de muntanya o viatges per una muntanya escarpada, la precisió horitzontal del GPS es deteriora a causa dels efectes d'emmascarament o de múltiples camins; aleshores l'alçada assignada a FIX correspondrà a l'alçada d'una llosa adjacent o més llunyana, per tant, o bé al cim o a la base de la vall.

En el cas d'una llima formada per quadrícules de gran superfície, l'alçada tendirà a la mitjana entre el fons de la vall i el cim!

Per a aquests dos exemples extrems però típics, la diferència d'alçada acumulada s'anirà desviant gradualment del valor real.

Recomanacions d'ús

Per evitar efectes secundaris:

• Calibre el baròmetre GPS a l'altitud del punt de partida poc abans de la sortida (recomanat per tots els fabricants de GPS),
• deixeu que el vostre GPS faci unes quantes correccions abans de començar el seguiment perquè la precisió de posicionament coincideixi,
• seleccionar hibridació: càlcul d'altitud = Baròmetre + GPS o Baròmetre + 3D.

Si l'elevació de la vostra pista s'ha sincronitzat amb DEM, tindreu càlculs d'elevació i pendent molt precisos com a la imatge següent, on la diferència és només d'1 metre.

• GPS Trail 2 (captura d'imatge degradada de 72 ppp, pantalla GPS de 200 ppp)
• Ràster superposat i mapa vectorial OSM
• Escala 1: 10
• L'ombrejat CDEM 5mx5m BD Alti IGN emfatitza l'alçada en increments d'1 m.

La imatge següent compara el perfil de dues pistes idèntiques de 30 km (de la mateixa fama), l'alçada d'una es va sincronitzar amb IGN DEM i l'altra amb Sonny DEM, una ruta realitzada en mode baro + híbrid 3d.

• Altitud al mapa IGN: 275 m.
• Altitud calculada amb GPS en mode Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
• Altitud calculada amb GPS en mode Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
• Desnivell sincronitzat a IGN MNT: 271 m (-1,4%)
• Desnivell sincronitzat al Sonny MNT: 255 m (-7%)

"Truth" és probablement fora dels 275 m IGN a causa de la configuració de la corba.

Exemple de calibratge automàtic (compensació) de l'altímetre baromètric GPS durant la ruta mostrada més amunt (Fitxer de registre original del GPS):

• Sense acumulació vertical per calcular la diferència d'alçada: 5 m, (la parametrització és idèntica a les corbes del mapa IGN),
• Altitud durant el calibratge/restabliment:
  • GPS 113.7 m,
  • Altímetre baromètric 115.0 m,
  • Alçada MNT 110.2 m (Carta IGN 110 m),
• Iteració (període de liquidació): 30 minuts
• Correcció baromètrica durant els propers 30 minuts: – 0.001297